(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成され、前記多孔体の孔内に誘電体が充填された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向するように前記絶縁基板を重ねて積層一体化されていることを特徴とする電気的伸縮機構。
【請求項２】
絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成され、前記多孔体の孔内に電解液が充填された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向し、少なくとも一方の電極と前記絶縁層との間に絶縁皮膜が設けられるように前記絶縁基板を重ねて積層一体化されていることを特徴とする電気的伸縮機構。
【請求項３】
前記電極に電気的に接続された導通孔が前記絶縁層に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的伸縮機構。
【請求項４】
前記絶縁層に貫通孔を設け、前記貫通孔に導電性ペーストを充填することによって、又は前記貫通孔の内面に金属メッキを施すことによって、又は前記貫通孔の内面にスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電気的伸縮機構。
【請求項５】
複数の前記絶縁層が、前記電極が設けられた前記絶縁基板を介して積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気的伸縮機構。
【請求項６】
前記絶縁基板間の前記絶縁層の一部が欠けて空隙部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気的伸縮機構。
【請求項７】
絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向するように前記絶縁基板を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層に導通孔を形成した後、前記多孔体の孔内に誘電体を充填することを特徴とする電気的伸縮機構の製造方法。
【請求項８】
絶縁基板に電極を設け、伸縮性を有し、多孔体で形成された絶縁層の両面に、この絶縁層を介して前記電極が対向し、少なくとも一方の電極と前記絶縁層との間に絶縁皮膜が設けられるように前記絶縁基板を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層に導通孔を形成した後、前記多孔体の孔内に電解液を充填することを特徴とする電気的伸縮機構の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的伸縮機構又は請求項７若しくは８に記載の方法を使用して製造された電気的伸縮機構と、前記電極間に電圧を印加する電源制御部とを備えて形成されていることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ等の製造に用いられる電気的伸縮機構及びその製造方法並びにこの電気的伸縮機構を用いて製造されたアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータは、入力されたエネルギーを物理運動量に変換するものであり、従来より様々なものが開発され、利用されている。例えば、特許文献１に記載のアクチュエータは、絶縁性を有する薄肉の弾性材料からなる伸縮層が厚み方向に３層以上積層された伸縮部と、各伸縮層の厚み方向の両面にそれぞれ設けられ伸縮層の伸縮を許容するように変形可能な複数の電極と、各電極に接続する電圧極性を選択する電源制御部とを備えて形成されている。そしてこのように形成されたアクチュエータは、電圧を印加していない元の位置に対して伸縮層を伸長させることができると共に、元の位置に対して伸縮層を収縮させることができるものである。
【特許文献１】特許第３８０９８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような従来のアクチュエータにあっては、個別に製造することはできても、一度に大量に製造するのは難しいという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、大量生産が可能な電気的伸縮機構及びその製造方法並びにアクチュエータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る電気的伸縮機構は、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有し、多孔体３で形成され、前記多孔体３の孔内に誘電体が充填された絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して前記電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されていることを特徴とするものである。
本発明の請求項２に係る電気的伸縮機構は、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有し、多孔体３で形成され、前記多孔体３の孔内に電解液が充填された絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して前記電極２が対向し、少なくとも一方の電極２ｂと前記絶縁層１との間に絶縁皮膜８が設けられるように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記電極２に電気的に接続された導通孔５が前記絶縁層１に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記絶縁層１に貫通孔１６を設け、前記貫通孔１６に導電性ペーストを充填することによって、又は前記貫通孔１６の内面に金属メッキを施すことによって、又は前記貫通孔１６の内面にスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔５が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、複数の前記絶縁層１が、前記電極２が設けられた前記絶縁基板７を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記絶縁基板７間の前記絶縁層１の一部が欠けて空隙部９が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項７に係る電気的伸縮機構の製造方法は、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有し、多孔体３で形成された絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して前記電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層１に導通孔５を形成した後、前記多孔体３の孔内に誘電体を充填することを特徴とするものである。
本発明の請求項８に係る電気的伸縮機構の製造方法は、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有し、多孔体３で形成された絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して前記電極２が対向し、少なくとも一方の電極２ｂと前記絶縁層１との間に絶縁皮膜８が設けられるように前記絶縁基板７を重ね、これを加熱加圧成形して積層一体化し、次に前記絶縁層１に導通孔５を形成した後、前記多孔体３の孔内に電解液を充填することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項９に係るアクチュエータは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的伸縮機構Ａ又は請求項７若しくは８に記載の方法を使用して製造された電気的伸縮機構Ａと、前記電極２間に電圧を印加する電源制御部６とを備えて形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に係る電気的伸縮機構によれば、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
【００１６】
また請求項１に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
【００１７】
また請求項１に係る発明によれば、様々な誘電体を用いることによって、絶縁層の誘電率を調整することができるものである。
【００１８】
本発明の請求項２に係る電気的伸縮機構によれば、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項２に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項２に係る発明によれば、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、絶縁層に形成された導通孔によって、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができると共に、接続信頼性を高めることができるものである。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、容易に導通孔を形成することができるものである。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、複数の絶縁層が積層されていることによって、伸縮性を高めることができるものである。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、絶縁層の収縮時において空隙部は抵抗とならないことによって、絶縁基板間の絶縁層が全く欠けていない場合に比べて、絶縁層をより大きく収縮させることができるものである。
【００２３】
本発明の請求項７に係る電気的伸縮機構の製造方法によれば、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項７に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項７に係る発明によれば、様々な誘電体を用いることによって、絶縁層の誘電率を調整することができるものである。
本発明の請求項８に係る電気的伸縮機構の製造方法によれば、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になるものである。
また請求項８に係る発明によれば、絶縁層が多孔体で形成されていることによって、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
また請求項８に係る発明によれば、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。
【００２４】
本発明の請求項９に係るアクチュエータによれば、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板を利用することができ、大量生産が可能になり、例えば需要の多いロボット技術の分野において人工筋肉として好適に利用することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図１（ａ）は電気的伸縮機構Ａの一例を示すものであり、この電気的伸縮機構Ａは、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有する絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されている。なお、電気的伸縮機構Ａの詳細な製造方法については実施形態２で説明する。
【００２７】
絶縁層１は非多孔体又は多孔体３で形成することができる。非多孔体としては、ゴム等の弾性体を用いることができる。また多孔体３としては、例えば、ＰＶＡスポンジやウレタンスポンジのように孔が連続して設けられた連続多孔体を用いたり、孔が独立して設けられたもの等を用いたりすることができる。多孔体３の空隙率は、特に限定されるものではないが、３０〜９０％であることが好ましい。絶縁層１が多孔体３で形成されていると、従来よりも伸縮性を高めることができて好ましいので、以下では絶縁層１が多孔体３である場合について説明する。
【００２８】
一方、電極２は、銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板１７を加工して形成することができる。すなわち、金属張積層板１７を用い、パターン形成によって、電極２が設けられた絶縁基板７を作製し、この絶縁基板７をボンディングシート（図示省略）を介して絶縁層１の表面に接着することによって、絶縁層１を介して対向配置された電極２を形成することができる。
【００２９】
そして絶縁層１には、電極２ａ（又は２ｂ）に電気的に接続された導通孔５ａ（又は５ｂ）が形成されている。この導通孔５は、絶縁層１の伸縮に追随して変形可能となるように形成される。具体的には、絶縁層１が多孔体３で形成されている場合、多孔体３に貫通孔１６を設けるとその内面は網目状に形成されるが、この内面の網目に沿って銅メッキ等の金属メッキを施すことによって、導通孔５を容易に形成することができる。あるいは貫通孔１６の内面の網目に沿ってスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔５を容易に形成することができる。このように金属メッキや金属薄膜は貫通孔１６の内面の網目に沿って施されているので、絶縁層１である多孔体３が伸縮する場合には、この伸縮に追随して変形することができ、断線が防止されるものである。そして導通孔５ａ（又は５ｂ）は、電極２ａ（又は２ｂ）に接続されていると共に、一方の絶縁基板７の外表面に設けられた接続用電極１５と接続されている。この接続用電極１５は、後述する電源制御部６と接続されるものである。また電極２ｂ（又は２ａ）にはクリアランスホール２４が設けられており、このクリアランスホール２４を導通孔５ａ（又は５ｂ）が通っていることによって、電極２ｂ（又は２ａ）と導通孔５ａ（又は５ｂ）とが絶縁された状態となっている。
【００３０】
ところで、絶縁層１が非多孔体で形成されている場合には、絶縁層１に雌ねじ状の貫通孔１６を設けると共に、この貫通孔１６の内面に銅メッキ等の金属メッキを施すことによって導通孔５を形成することができる。このように、貫通孔１６の内面をあらかじめ雌ねじ状に形成しておくことによって、絶縁層１が伸縮する際に金属メッキが剥離するのを抑制して断線を防止することができる。また絶縁層１が非多孔体又は多孔体３のいずれで形成されていても、導通孔５は次のようにして形成することもできる。すなわち、絶縁層１に貫通孔１６を設けると共に、この貫通孔１６に導電性ペーストを充填することによって、導通孔５を容易に形成することができる。なお、この導電性ペーストは、シリコーンゴムに銀・銅等の金属粉を添加して得ることができ、絶縁層１の伸縮に追随して変形可能である。
【００３１】
また多孔体３の孔内には誘電体が充填されている。この誘電体としては、例えば、フッ素系不活性液体のような液状の誘電体や、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのような気体状の誘電体を用いることができる。このときチタン酸バリウムのような高誘電率の微細粉末材料を併用してもよい。しかし、このような誘電体では多孔体３から漏洩してしまうので、液状や気体状の誘電体を染み込ませた多孔体３は袋体１４に封入されている。この袋体１４としては、柔軟性があるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ゴムやプラスチック等で形成されたものを用いることができる。このように、様々な誘電体を多孔体３の孔内に充填させることによって、絶縁層１の誘電率を調整することができるものである。なお、図２に示すように、電極２は袋体１４を介して絶縁層１の両面に設けられていてもよい。つまり、電極２が設けられた絶縁基板７を袋体１４の外側に配置してもよい。ただし、この場合には、導通孔５が袋体１４を貫通するので、誘電体の漏洩を防ぐためのシールをする必要がある。
【００３２】
図１（ｂ）はアクチュエータＢの一例を示すものであり、このアクチュエータＢは、上記の電気的伸縮機構Ａと、電極２間に電圧を印加する電源制御部６とを備えて形成されている。電源制御部６は、直流電源１１及びスイッチ１２を備えて形成されており、リード線１３によって接続用電極１５に接続されている。このように、絶縁層１に形成された導通孔５によって、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所を電気的伸縮機構Ａの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。そして、スイッチ１２がオンである場合には、電極２間に電圧が印加され、絶縁層１に誘電分極が生じることによって絶縁層１の内部にクーロン力が生じていわゆる電歪により絶縁層１に圧縮力が生じる。逆にスイッチ１２がオフである場合には、このような圧縮力は生じない。よって、スイッチ１２をオン・オフ制御することによってアクチュエータＢを絶縁層１の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層１が伸縮を繰り返しても、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所は電気的伸縮機構Ａの片側にまとめられており、絶縁層１と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。
【００３３】
（実施形態２）
図３（ａ）は電気的伸縮機構Ａの他の一例を示すものである。この電気的伸縮機構Ａも、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有する絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されているが、本実施形態では複数の絶縁層１が、電極２が設けられた絶縁基板７を介して積層されている。そして各絶縁層１を介して対向する電極２が導通孔５によって接続されている。このように、複数の絶縁層１が積層されていることによって、伸縮性を高めることができるものである。
【００３４】
次にこの電気的伸縮機構Ａの製造方法について図４〜図７に基づいて順を追って説明する。
【００３５】
まず図６に示すように、電極２が設けられた絶縁基板７を作製する。すなわち、絶縁基板７の表面に銅箔等の金属層１８を設けて形成される金属張積層板１７を用意し（図６（ａ））、この金属張積層板１７にドライフィルム１９をラミネートした後（図６（ｂ））、露光・現像する（図６（ｃ））。その後、エッチング・レジスト剥離を行うことによって、図６（ｄ）に示すような、電極２が設けられた絶縁基板７を得ることができる。このとき同一の絶縁基板７の表面に同一の電極２を複数隣接して同時に設けておくものである。これにより、電気的伸縮機構Ａの大量生産が可能となる。
【００３６】
また電極２のパターンは特に限定されるものではないが、例えば、図４に示すように絶縁基板７の中央部に矩形状パターンとして中央電極２０を設けると共に、このパターンを囲むようなロ字状パターンとして周囲電極２１を設けることができる。このように、中央電極２０と周囲電極２１は絶縁基板７の同一面において絶縁された状態で設けられている。また中央電極２０と周囲電極２１は絶縁基板７の両面又は片面に設けることができる。なお、図４中、破線は導通孔５が形成される箇所を示しており、中央電極２０及び周囲電極２１において導通孔５と絶縁される箇所にはクリアランスホール２４が形成されている。
【００３７】
本実施形態では電極２として中央電極２０及び周囲電極２１を設ける例について説明するが、電極２は、図５に示すように１組の櫛状パターンとして設けてもよい。この場合も、絶縁基板７の同一面において一方の櫛状パターンによる電極２と他方の櫛状パターンによる電極２とは絶縁された状態で設けられている。また１組の櫛状パターンによる電極２は絶縁基板７の両面又は片面に設けることができる。なお、図５中、破線は導通孔５が形成される箇所を示しており、櫛状パターンによる電極２において導通孔５と絶縁される箇所にはクリアランスホール２４が形成されている。
【００３８】
そして図７（ａ）に示すように、伸縮性を有する絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねる。具体的には、最も外側に絶縁基板７が配置されるようにして、絶縁基板７と絶縁層１を交互に重ねるものである。また絶縁基板７と絶縁層１の間にはボンディングシート２２を挟み、これによって両者を接着できるようにしてある。
【００３９】
次に図７（ｂ）に示すように、絶縁基板７と絶縁層１を交互に重ねたものを加熱加圧成形して積層一体化する。このときボンディングシート２２が溶融して絶縁基板７と絶縁層１が接着すればよいので、加熱加圧成形は高温高圧で行う必要はない。例えば、温度は５０〜２００℃、圧力は１〜１０ＭＰａ程度に設定して成形することができる。
【００４０】
その後、図７（ｃ）に示すように、絶縁層１に導通孔５を形成する。このとき導通孔５は実施形態１と同じ方法で形成することができる。また導通孔５の両端にはランド２３が形成され、一方のランド２３が接続用電極１５として使用される。
【００４１】
そして図７（ｄ）に示すように、ルータ加工を行うことによって、電気的伸縮機構Ａの半完成品ごとに切断分離して個片化する。このようにして半完成品を一度に複数得ることができるものである。なお、絶縁層１が非多孔体で形成されている場合や、絶縁層１が多孔体３で形成されていても、この多孔体３に誘電体を充填する必要がない場合には、この図７（ｄ）の工程で電気的伸縮機構Ａの完成品を得ることができる。
【００４２】
多孔体３に誘電体を充填する場合には、図７（ｄ）の工程で得られた半完成品において絶縁層１を形成する多孔体３に液状や気体状の誘電体を染み込ませた後、全体を袋体１４に封入することによって、図３（ａ）に示すような電気的伸縮機構Ａを得ることができる。
【００４３】
図３（ｂ）はアクチュエータＢの他の一例を示すものであり、このアクチュエータＢは、上記の電気的伸縮機構Ａと、電極２間に電圧を印加する電源制御部６とを備えて形成されている。電源制御部６は、直流電源１１及びスイッチ１２を備えて形成されており、本実施形態では第一電源制御部６ａ及び第二電源制御部６ｂの２つを使用している。
【００４４】
ここで、図３に示すように、便宜上、電気的伸縮機構Ａの一方の側から他方の側へ順に電極２の層をＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８と表す。Ｌ１は接続用電極１５が設けられた層であり、またＬ２〜Ｌ７はいずれも図４に示すような中央電極２０及び周囲電極２１が設けられた層であり、またＬ８はランド２３が設けられた層である。
【００４５】
第一電源制御部６ａの直流電源１１ａの正極は、導通孔５によって、Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７の周囲電極２１に接続されているが、導通孔５と絶縁されたクリアランスホール２４によってＬ２，Ｌ４，Ｌ６の周囲電極２１とは接続されていない。また第一電源制御部６ａの直流電源１１ａの負極は、導通孔５によって、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６の周囲電極２１に接続されているが、導通孔５と絶縁されたクリアランスホール２４によってＬ３，Ｌ５，Ｌ７の周囲電極２１とは接続されていない。
【００４６】
一方、第二電源制御部６ｂの直流電源１１ｂの正極は、導通孔５によって、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ６，Ｌ７の中央電極２０に接続されているが、導通孔５と絶縁されたクリアランスホール２４によってＬ４，Ｌ５の中央電極２０とは接続されていない。また第二電源制御部６ｂの直流電源１１ｂの負極は、導通孔５によって、Ｌ４，Ｌ５の中央電極２０に接続されているが、導通孔５と絶縁されたクリアランスホール２４によってＬ２，Ｌ３，Ｌ６，Ｌ７の中央電極２０とは接続されていない。
【００４７】
このように、図３（ｂ）に示すアクチュエータＢにあっては、複数の絶縁層１が積層されていても、絶縁層１に形成された導通孔５によって、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所を電気的伸縮機構Ａの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。
【００４８】
そして、図８（ａ）に示すように、第一電源制御部６ａのスイッチ１２ａがオンであり、かつ、第二電源制御部６ｂのスイッチ１２ｂがオフである場合には、Ｌ３，Ｌ５，Ｌ７の周囲電極２１が直流電源１１ａの正極に接続され、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６の周囲電極２１が直流電源１１ａの負極に接続される。つまり、Ｌ２の周囲電極２１とＬ３の周囲電極２１との間、Ｌ４の周囲電極２１とＬ５の周囲電極２１との間、Ｌ６の周囲電極２１とＬ７の周囲電極２１との間には圧縮力が作用し、アクチュエータＢは全体として圧縮するものである。
【００４９】
一方、図８（ｂ）に示すように、第一電源制御部６ａのスイッチ１２ａがオフであり、かつ、第二電源制御部６ｂのスイッチ１２ｂがオンである場合には、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ６，Ｌ７の中央電極２０が直流電源１１ｂの正極に接続され、Ｌ４，Ｌ５の中央電極２０が直流電源１１ｂの負極に接続される。つまり、Ｌ２の中央電極２０とＬ３の中央電極２０との間、Ｌ４の中央電極２０とＬ５の中央電極２０との間、Ｌ６の中央電極２０とＬ７の中央電極２０との間には伸長力が作用し、アクチュエータＢは全体として伸長するものである。
【００５０】
よって、各スイッチ１２ａ，１２ｂをオン・オフ制御することによってアクチュエータＢを絶縁層１の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層１が伸縮を繰り返しても、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所は電気的伸縮機構Ａの片側にまとめられており、絶縁層１と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。
【００５１】
（実施形態３）
図９（ａ）は電気的伸縮機構Ａの他の一例を示すものであり、この電気的伸縮機構Ａは、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有する絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されている。
【００５２】
絶縁層１は多孔体３で形成されている。この多孔体３としては、例えば、ＰＶＡスポンジやウレタンスポンジのように孔が連続して設けられた連続多孔体を用いたり、孔が独立して設けられたもの等を用いたりすることができる。多孔体３の空隙率は、特に限定されるものではないが、３０〜９０％であることが好ましい。このように、絶縁層１が多孔体３で形成されていると、従来よりも伸縮性を高めることができるものである。
【００５３】
一方、電極２は、銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板１７を加工して形成することができる。すなわち、金属張積層板１７を用い、パターン形成によって、電極２が設けられた絶縁基板７を作製し、この絶縁基板７をボンディングシート（図示省略）を介して絶縁層１の表面に接着することによって、絶縁層１を介して対向配置された電極２を形成することができる。
【００５４】
そして絶縁層１には、電極２ａに電気的に接続された導通孔５が形成されている。この導通孔５は、絶縁層１の伸縮に追随して変形可能となるように形成される。具体的には、絶縁層１を形成する多孔体３に貫通孔１６を設けるとその内面は網目状に形成されるが、この内面の網目に沿って銅メッキ等の金属メッキを施すことによって、導通孔５を容易に形成することができる。あるいは貫通孔１６の内面の網目に沿ってスパッタリングで金属薄膜を設けることによって、導通孔５を容易に形成することができる。このように金属メッキや金属薄膜は貫通孔１６の内面の網目に沿って施されているので、絶縁層１である多孔体３が伸縮する場合には、この伸縮に追随して変形することができ、断線が防止されるものである。そして導通孔５は、電極２ａに接続されていると共に、一方の絶縁基板７ｂの外表面に設けられた接続用電極１５ａと接続されている。また電極２ｂに電気的に接続された導通孔５が絶縁基板７ｂに形成されており、この絶縁基板７ｂの外表面に設けられた接続用電極１５ｂと接続されている。これらの接続用電極１５ａ，１５ｂは、後述する電源制御部６と接続されるものである。また電極２ｂにはクリアランスホール２４が設けられており、このクリアランスホール２４を導通孔５が通っていることによって、この導通孔５と電極２ｂとが絶縁された状態となっている。
【００５５】
ところで、導通孔５は次のようにして形成することもできる。すなわち、絶縁層１に貫通孔１６を設けると共に、この貫通孔１６に導電性ペーストを充填することによって、導通孔５を容易に形成することができる。なお、この導電性ペーストは、シリコーンゴムに銀・銅等の金属粉を添加して得ることができ、絶縁層１の伸縮に追随して変形可能である。
【００５６】
また多孔体３の孔内には電解液が充填されている。ここで、絶縁層１の厚み方向に発生する力は絶縁層１の誘電率に比例するが、通常の誘電体の誘電率は３以下程度であるのに対して電解液の誘電率は２０〜３０程度であるので、通常の誘電体を用いる場合に比べて電解液を用いる場合の方がより大きな出力を得ることができるものである。このような電解液としては、酸と塩基からなるイオンを生成する電解質塩と、これが溶解する溶媒とを混合して調製されたものを用いることができる。電解質塩の酸成分としては、ホウ酸やカルボン酸等の弱酸を用いることができ、また塩基成分としては、アンモニアやアミン等の有機塩基を用いることができ、また溶媒としては、エチレングリコールやγ−ブチロラクトン等を用いることができる。具体的には、電解液としては、三洋化成工業（株）製「サンエレック」等を用いることができる。
【００５７】
電解液は電気を通す液体であるので、ショート（短絡）を防止するために、少なくとも一方の電極２ｂと絶縁層１との間に絶縁皮膜８が設けられている。この絶縁皮膜８は、絶縁性を有する樹脂やボンディングシートで電極２ｂの表面を被覆して設けられ、この電極２ｂと電解液とが接触しないようにしてある。特に電極２ｂとしてアルミニウムを用いる場合には、この電極２ｂの表面を酸化して形成される酸化皮膜（酸化アルミ：Ａｌ２Ｏ３）を絶縁皮膜８として用いることができる。
【００５８】
ところで、液状や気体状の誘電体を用いる場合と同様に、電解液は多孔体３から漏洩してしまうので、電解液を染み込ませた多孔体３は図９（ａ）のように袋体１４に封入されている。この袋体１４としては、柔軟性があるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ゴムやプラスチック等で形成されたものを用いることができる。また、このような非導電性のもののほか、袋体１４としては、金属のような導電性のものを用いることができる。特に金属製の袋体１４を用いる場合には、図１０のようにこの袋体１４の側面を蛇腹状に形成して、電気的伸縮機構Ａの伸縮性を確保するようにしてある。このとき、袋体１４は筒状に形成されており、その一端の開口縁が一方の絶縁基板７ｂの周縁に接着され、他端の開口縁が他方の絶縁基板７ａの周縁に接着されて、絶縁性が確保されている。
【００５９】
図９（ｂ）はアクチュエータＢの他の一例を示すものであり、このアクチュエータＢは、上記の電気的伸縮機構Ａと、電極２間に電圧を印加する電源制御部６とを備えて形成されている。電源制御部６は、直流電源１１及びスイッチ１２を備えて形成されており、リード線１３によって接続用電極１５に接続されている。このように、絶縁層１に形成された導通孔５によって、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所を電気的伸縮機構Ａの片側にまとめることができ、従来よりもシンプルな配線で小型化を図ることができるものである。そして、スイッチ１２がオンである場合には、電極２間に電圧が印加され、絶縁層１に誘電分極が生じることによって絶縁層１の内部にクーロン力が生じていわゆる電歪により絶縁層１に圧縮力が生じる。逆にスイッチ１２がオフである場合には、このような圧縮力は生じない。よって、スイッチ１２をオン・オフ制御することによってアクチュエータＢを絶縁層１の厚み方向に任意に伸縮させることができるものである。このように絶縁層１が伸縮を繰り返しても、リード線１３と接続用電極１５との接続箇所は電気的伸縮機構Ａの片側にまとめられており、絶縁層１と共に動くことはないので、接続信頼性を高めることができるものである。
【００６０】
（実施形態４）
図１１は電気的伸縮機構Ａの他の一例を示すものである。この電気的伸縮機構Ａも、絶縁基板７に電極２を設け、伸縮性を有する絶縁層１の両面に、この絶縁層１を介して電極２が対向するように前記絶縁基板７を重ねて積層一体化されているが、本実施形態では絶縁基板７間の絶縁層１の一部が欠けて空隙部９が形成されている。
【００６１】
すなわち、図１１（ａ）に示すものは、絶縁層１の中央部から片側端部にかけて空隙部９が形成されている。絶縁層１が多孔体３で形成されている場合には、空隙部９は多孔体３の個々の孔よりも大きく形成するものである。そして絶縁層１の収縮時において電極２同士が接触して短絡しないように、空隙部９を介して対向する電極２のうち少なくとも一方には絶縁層１を層状に残存させて短絡防止層１０が形成されている。この短絡防止層１０は導通孔５の周囲にも形成されている。
【００６２】
また、図１１（ｂ）に示すものは、複数の絶縁層１が積層されている場合であり、各絶縁層１の中央部から片側端部にかけて空隙部９が形成されている。さらにこの空隙部９を介して対向する電極２には絶縁層１を層状に残存させて短絡防止層１０が形成されており、この短絡防止層１０は導通孔５の周囲にも形成されている。そして絶縁基板７を介して隣り合う絶縁層１の空隙部９は、積層方向において重ならないように位置している。このように、蛇腹状となるように空隙部９を互い違いに配置することによって、絶縁層１が複数積層されている場合であっても、伸縮性をさらに高めることができるものである。なお、図１１（ｂ）に示すものは、絶縁層１が３層積層されている場合であるが、絶縁層１が２層又は４層以上積層されている場合も同様である。
【００６３】
また、図１１（ｃ）（ｄ）に示すものは、一方の電極２ｂと絶縁層１との間に絶縁皮膜８が設けられている場合であり、この場合も絶縁層１の中央部から片側端部にかけて空隙部９が形成されている。そしてこの場合は絶縁皮膜８によって一方の電極２ｂが空隙部９内に面して露出することがないので、絶縁皮膜８にさらに短絡防止層１０を形成する必要はない。
【００６４】
このように、図１１に示すような電気的伸縮機構Ａにあっては、絶縁層１の収縮時において空隙部９は抵抗とならないことによって、絶縁基板７間の絶縁層１が全く欠けていない場合に比べて、絶縁層１をより大きく収縮させることができるものである。
【００６５】
なお、図示省略しているが、図１１に示す電気的伸縮機構Ａと、電極２間に電圧を印加する電源制御部６とを備えてアクチュエータＢを形成することができる。
【００６６】
以上のように、実施形態１〜４のいずれのアクチュエータＢであっても、原材料として銅張積層板（ＣＣＬ）等の金属張積層板１７を利用することができ、大量生産が可能になり、例えば需要の多いロボット技術の分野において人工筋肉として好適に利用することができるものである。また絶縁層１を多孔体３で形成する場合には、多孔体３の材質を選択したり、その空隙率をあらかじめ変化させておいたり、多孔体３に充填される誘電体や電解液の材質を選択したりすることによって、絶縁層１の誘電率を調整し、伸縮の程度を細かく調整することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は電気的伸縮機構の断面図、（ｂ）はアクチュエータの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電気的伸縮機構の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は電気的伸縮機構の断面図、（ｂ）はアクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電極が設けられた絶縁基板を抜き出して示す概略斜視図である（破線は導通孔が形成される箇所を示す）。
【図５】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電極が設けられた絶縁基板を抜き出して示す概略斜視図である（破線は導通孔が形成される箇所を示す）。
【図６】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は電極が設けられた絶縁基板の作製工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は電気的伸縮機構の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は圧縮時のアクチュエータの断面図、（ｂ）は伸長時のアクチュエータの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は電気的伸縮機構の断面図、（ｂ）はアクチュエータの断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、電気的伸縮機構の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）〜（ｄ）は電気的伸縮機構の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ａ  電気的伸縮機構
Ｂ  アクチュエータ
１  絶縁層
２  電極
３  多孔体
５  導通孔
６  電源制御部
７  絶縁基板
８  絶縁皮膜
９  空隙部
１６  貫通孔
【図１】
0005237704.tif 000002
【図２】
0005237704.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005237704.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005237704.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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